DE10250520A1 - Fuel cell stack monitoring device, especially for automotive use, whereby impedances are switched together and then it is determined if a measured voltage value lies within a possible value range - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Zellspannungsüberwachungsgerät zur Überprüfung und Messung von Spannungen, die von Brennstoffzellen oder anderen Sekundärzellen stammen.The invention relates to a cell voltage monitoring device for checking and Measurement of voltages from fuel cells or other secondary cells come.
Seit vielen Jahren werden Zellspannungsüberwachungsgeräte entwickelt,
deren Aufgabe es ist, im Betrieb die Spannungen von Brennstoffzellen
zu überwachen.
Hierbei gibt es Geräte,
die wie in WO 02/03086 jede oder jede zweite Zellspannung messen,
und Geräte,
die mit Hilfe von Algorithmen und Logiken wie in
Aus
Bei Fahrzeugen kann es sein, daß auf Grund von
Erschütterungen
und Vibrationen sich einer der Kontakte zwischen dem Messaufnehmer
und der Messelektronik im Steuergerät löst. Dann liegt eine Unterbrechung
der speziellen Messleitung vor. Daher soll nach der Norm ASAM-GDI
Version
Der Wunsch nach Kabelbrucherkennungsmöglichkeiten stammt aus dem klassischen Automobilbau mit Antriebssträngen auf Basis einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einem Ottomotor. Steuergeräte für Verbrennungskraftmaschinen operieren mit einem so genannten Pull-up- oder auch einem Pull-down-Widerstand. Der Einsatz eines Widerstands zwischen der Versorgungsspannung und der Messleitung oder auch zwischen der Messleitung und der Masse liefert ein definiertes Signal in dem Fall, daß die Leitung zwischen dem Messaufnehmer und dem Steuergerät hochohmiger ist als der Pull-up- oder Pull-down-Widerstand. Für 24-Vol-Netze ist eine geeignete Low-Side- und High-Side-Kabelbrucherkennungsschaltung auf Seite 49 in Auto & Elektronik 5/2002 vorgestellt. Jedoch arbeiten klassische Brennstoffzellenstapel mit höheren Spannungen als 24 Volt, so daß die vorgestellten Schaltungen nicht unmittelbar übertragen werden können.The desire for cable break detection options comes from classic automotive engineering with drive trains Basis of an internal combustion engine, in particular a gasoline engine. Control devices for internal combustion engines operate with a so-called pull-up or pull-down resistor. The use of a resistor between the supply voltage and the Measuring line or between the measuring line and the ground a defined signal in the event that the line between the Sensor and the control unit is higher impedance than the pull-up or pull-down resistor. For 24-volt networks is a suitable low-side and high-side cable break detection circuit on page 49 in Auto & Electronics 5/2002 presented. However, classic fuel cell stacks work with higher Voltages than 24 volts so the presented circuits can not be transmitted directly.
Die Übertragbarkeit der Forderung nach Kabelbrucherkennungsschaltungen auf Antriebssträngen mit Brennstoffzellen ist jahrelang auf Schwierigkeiten gestoßen. Da Brennstoffzellen von sich aus schon Energiequellen, also je nach Betriebsweise Spannungs- oder Stromquellen, sind, führt der Einsatz eines Widerstandes nicht zur Erfüllung der Forderung nach ASAM-GDI, insbesondere der Angabe eines maximalen und eines minimalen akzeptablen Messwertes über eine Kommunikationsschnittstelle und der Information, daß das Messergebnis außerhalb der Spezifikation liegt.The portability of the claim after cable break detection circuits on drive trains with Fuel cells have faced difficulties for years. There Fuel cells are inherently energy sources, so depending on Operating mode are voltage or current sources, leads the Use of a resistor not to meet the ASAM-GDI requirement, in particular the specification of a maximum and a minimum acceptable measured value over a Communication interface and the information that the measurement result outside the specification.
Weil ein Brennstoffzellenstapel aus einer hohen Anzahl von einzelnen Brennstoffzellen besteht, sind bei einer Überwachung eines kompletten Brennstoffzellenstapels viele Eingänge für die Messelektronik oder das Steuergerät zu gestalten. Dabei soll jeder einzelne Eingang möglichst individuell auf einen schlechten Kontakt oder einen Kabelbruch überprüft werden. Gleichzeitig soll die Kabelbrucherkennung zuverlässig, günstig und einfach sein. Günstig ist es, wenn mehrere Zellspannungen zu Zellspannungsgruppen zusammengefaßt werden.Because a fuel cell stack out a large number of individual fuel cells are in a surveillance of a complete fuel cell stack, many inputs for the measuring electronics or the control unit to design. Every single entrance should be as possible individually checked for bad contact or a broken cable. At the same time, cable break detection should be reliable, inexpensive and simple. Is cheap it when several cell voltages are combined into cell voltage groups.
Zur Kontaktierung der Zellen eines Brennstoffzellenstapels sind den Erfindern viele verschiedene Kontakte bekannt. Mechanisch einfach sind Kontakte, bei denen Kabelenden oder auch Fahnen an den Kabelenden zwischen zwei Gasverteilplatten eines Brennstoffzellenstapels invasiv eingebracht werden. Mechanisch etwas aufwändiger sind metallische oder elektrisch leitfähige plastische Verankerungen an deren einen Seite Leitungen angeschlossen sind und die im Brennstoffzellenstapel stecken. Eine weitere Art, einen Brennstoffzellenstapel zu kontaktieren, besteht darin, mittels leitfähigen Gummis an ausgewählten Stellen die unter den Gummis vorhandenen Spannungen von dem Stapel entfernt zur Verfügung zu stellen. Eine andere Kontaktierung besteht aus Federn, die gegen eine Seite des Brennstoffzellenstapels gedrückt werden. Je nach gewählter Kontaktierungsart weisen die Spannungsabgriffe wie Feder, Anker oder Gummi einen unterschiedlichen Widerstand auf, der sich im Laufe der Zeit oder je nach Anpressdruck verändert. Der veränderliche Widerstand soll keine Fehlschlüsse zulassen, so daß nicht fälschlich ein schlechter Kontakt an den Stellen angenommen wird, an denen eine alternde Kontaktierung vorliegt.To contact the cells of a Fuel cell stacks are many different contacts for the inventors known. Contacts that have cable ends are mechanically simple or flags at the cable ends between two gas distribution plates Fuel cell stack are introduced invasively. Mechanical something complex are metallic or electrically conductive plastic anchors Lines are connected on one side and those in the fuel cell stack stuck. Another way to contact a fuel cell stack is by means of conductive Rubbers on selected Remove the tension under the rubbers from the stack away available to deliver. Another contact consists of springs that are against one side of the fuel cell stack is pressed. Depending on the type of contact selected the voltage taps such as spring, anchor or rubber have a different Resistance on that changes over time or depending on the contact pressure changed. The changing resistance is not supposed to be wrong allow so that not false bad contact is assumed at the places where there is an aging contact.
Das Zellspannungsüberwachungsgerät umfaßt eine Vielzahl von Baugruppen, die schematisch in Blöcken eines Blockschaltbildes dargestellt werden können. Der erste Block, der an einen Brennstoffzellenstapel angeschlossen werden kann, wird als Eingangsstufe bezeichnet. An diese Eingangstufe schließen sich weitere Blöcke an, so kann zum Beispiel hinter die Eingangsstufe eine Multiplexerstufe oder eine galvanische Trennstufe folgen. Brennstoffzellenstapel haben auf Grund der hohen Anzahl an Zellen häufig Spannungen, die bei mehreren hundert Volt liegen. Die Messelektronik, die die Eingangsstufe und die weiteren Stufen umfaßt, arbeitet mit sehr niedrigen Spannungen, wobei eine ständige Tendenz zu beoachten ist, die Spannungen immer weiter zu reduzieren, so sind elektronische Schaltungen bekannt, die mit 10 Volt, 5 Volt und 3,3 Volt arbeiten.The cell voltage monitor includes one Large number of assemblies, schematically in blocks of a block diagram can be displayed. The first block connected to a fuel cell stack can be referred to as an input stage. Connect to this entrance stage more blocks , for example, a multiplexer stage or a galvanic isolator follows. Have fuel cell stacks due to the high number of cells, voltages often occur with several are a hundred volts. The measuring electronics, the input stage and which includes the further stages works with very low voltages, with a constant tendency to is to reduce the tensions, so are known electronic circuits with 10 volts, 5 volts and 3.3 Volts work.
Die Stellen, an denen die Spannungen der Zellspannungsgruppen in die Eingangsstufe eingeleitet werden, werden als Spannungseinspeisungspunkte bezeichnet. Die Zellspannungsgruppen eines Brennstoffzellenstapels liefern aber nur dann Spannungen an die Spannungseinspeisungspunkte, wenn Teile des oder der gesamte Brennstoffzellenstapel betrieben werden. Zu den Betriebszeitpunkten gehören auch die Zeitpunkte, zu denen der Brennstoffzellenstapel im Leerlauf oder unter Volllast betrieben wird. Ist der gesamte Brennstoffzellenstapel abgeschaltet, hat keine Zellspannungsgruppe nach einem Entladevorgang eine Spannung. In einem solchen Fall liefern die Zellspannungsgruppen keine Spannungen, die über die Eingangstufe des Zellspannungsüberwachungsgeräts als eine oder mehrere Ausgangsspannungen den nachfolgenden Stufen zur Verfügung gestellt werden.The places where the tensions the cell voltage groups are introduced into the input stage, are referred to as voltage injection points. The cell voltage groups of a fuel cell stack only then supply voltages the voltage injection points if part or all of the Fuel cell stacks are operated. At the operating times belong also the times when the fuel cell stack is idle or is operated under full load. Is the entire fuel cell stack switched off, has no cell voltage group after a discharge process a tension. In such a case, the cell voltage groups deliver no tensions over the input stage of the cell voltage monitor as one or several output voltages are made available to the subsequent stages become.
Es ist also wünschenswert, eine Schaltung zu schaffen, die möglichst unverfälscht zu messende Spannungen von einer Energiequelle wie einer Brennstoffzelle oder einer Sekundärzelle abgreift und einer Auswerteeinheit zur Verfügung stellt, wobei erkennbar sein sollte, ob das Messsignal im Rahmen des Wahrscheinlichen liegt, oder ob das Messsignal durch einen schlechten Kontakt oder durch einen Leitungsbruch verfälscht worden ist. Diese Aufgaben werden wenigstens teilweise durch ein Zellspannungsüberwachungsgerät und einen Brennstoffzellenstapel mit Zellspannungsüberwachungsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 5 gelöst.So it is desirable to have a circuit too create that as possible unadulterated voltages to be measured from an energy source such as a fuel cell or a secondary cell tapped and made available to an evaluation unit, recognizable should be whether the measurement signal is within the probabilities, or whether the measurement signal through bad contact or through falsified a line break has been. These tasks are at least partially characterized by a Cell voltage monitor and one Fuel cell stack with cell voltage monitoring device according to claim 1, 2 or 5 solved.
Nach einer ersten Variante der Erfindung werden die Spannungen der Zellspannungsgruppen des Brennstoffzellenstapels über einen Spannungsteiler reduziert und dann auf einem verarbeitbaren Niveau, das je nach der Betriebsspannung der elektronischen Messschaltung unterhalb von 10 Volt oder 5 Volt liegt, hochohmig den nachfolgenden Stufen zur Verfügung gestellt. Mittels elektronischer Schalter wie zum Beispiel Feldeffekttransistoren oder Triacs werden die Impedanzen der Spannungsteiler nach einem vorgebbaren Rhythmus oder Algorithmus von einem ersten in einen zweiten Zustand umgeschaltet. Wenn alle Kontakte zwischen den Zellspannungsgruppen und der Eingangsstufe eines Zellspannungsgruppenüberwachungsgeräts einwandfrei im akzeptablen Spezifikationsrahmen gegeben sind, bleiben die Spannungswerte der Ausgangsseite der Spannungsteiler vor und nach dem Zu- und Abschalten der veränderlichen Impedanzen in einem erwarteten Wertebereich. Nur wenn sich der Wertebereich merklich verändert, kann auf einen fehlerhaften Kontakt geschlossen werden. Eine mit einem Schalter versehene Lösung ist anfällig auf Störeinstrahlungen wie EMV-Beeinflussungen und durch die Schaltenergien und -impulse alterungsabhängig.According to a first variant of the invention the voltages of the cell voltage groups of the fuel cell stack over one Voltage divider reduced and then at a processable level, depending on the operating voltage of the electronic measuring circuit is below 10 volts or 5 volts, the following high impedance Levels available posed. Using electronic switches such as field effect transistors or triacs are the impedances of the voltage dividers after one predeterminable rhythm or algorithm from a first into a second state switched. When all contacts between the cell voltage groups and the input stage of a cell voltage group monitor properly the voltage values remain within the acceptable specification framework the output side of the voltage divider before and after switching on and off the changeable Impedances in an expected range of values. Only if the range of values is noticeable changed can be concluded that there is a faulty contact. One with solution provided with a switch is vulnerable on interference such as EMC influences and aging-dependent due to the switching energies and pulses.
Eine zweite Variante der Erfindung kommt ohne Schalter an den zuvor bezeichneten Stellen aus. Das Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät besteht aus einer Vielzahl von Blöcken oder Stufen. Die Stufe, über die die Spannungen der Zellspannungsgruppen abgegriffen werden, ist die Eingangsstufe. Das Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät kann ermitteln, ob der Brennstoffzellenstapel und damit die Zellspannungsgruppen in einem Betriebszustand wie Leerlauf oder Volllast sind. Im Betrieb liefern die Zellspannungsgruppen Spannungen, die auf der Ausgangsseite der Eingangsstufe als Ausgangsspannungen zur Verfügung stehen. Wünschenswert ist eine möglichst vollständige Überwachung des gesamten Brennstoffzellenstapels. Je nach Bauart des Brennstoffzellenstapels ist es daher gelegentlich sinnvoll, alle Zellen des Brennstoffzellenstapels in Zellspannungsgruppen zusammenzufassen, und alle Zellspannungsgruppen zu messen oder zu überwachen. Bei anderen Brennstoffzellenstapeln ist bekannt, daß bei ihnen gewisse Zellspannungsgruppen einen höheren Aussagegehalt haben als andere, daher werden in diesem Fall nur dort Zellspannungsgruppen gebildet und abgegriffen, wo die aussagekräftigen Zellspannungsgruppen vorhanden sind.A second variant of the invention does not need a switch at the previously mentioned places. The cell voltage group monitor exists from a variety of blocks or steps. The level over which the voltages of the cell voltage groups are tapped, is the entry level. The cell voltage group monitoring device can determine whether the fuel cell stack and thus the cell voltage groups are in an operating state such as idling or full load. Operational the cell voltage groups supply voltages that are on the output side the input stage are available as output voltages. It is desirable one if possible full surveillance of the entire fuel cell stack. Depending on the design of the fuel cell stack it is therefore sometimes useful to remove all the cells in the fuel cell stack summarized in cell voltage groups, and all cell voltage groups to measure or monitor. With other fuel cell stacks it is known that with them certain cell voltage groups are more meaningful than others, so in this case cell voltage groups are only there formed and tapped where the meaningful cell voltage groups available.
Elektrisch kann ein Brennstoffzellenstapel als eine Serie von Einzelzellen betrachtet werden, dessen Gesamtspannung sich als Summe der Einzelzellspannungen ergibt. Werden mehrere Zellspannungen zu Zellspannungsgruppen zusammengefaßt, so haben die am Anfang des Stapels liegenden Zellspannungsgruppen ein niedrigeres Potential als die Zellspannungsgruppen, die nicht am Anfang liegen. Um die Anzahl der Kontakte zu reduzieren kann der Kontakt, der das höhere Potential bei zwei Kontakten zu jeweils einer Zellspannungsgruppe darstellt, als der Kontakt für das niedrigere Potential der benachbarten Zellspannungsgruppe verwendet werden. Es wird die Spannung zwischen den beiden Kontakten einer Zellspannungsgruppe in der Eingangsstufe abgegriffen und gemessen. Die Spannung einer Zellspannungsgruppe wird mittels eines aus Impedanzen bestehenden Spannungsteilers auf ein verarbeitbares Niveau wie zum Beispiel unterhalb von 15 Volt, 12 Volt oder 5 Volt reduziert, und an eine hochohmige Präzisionsmessstelle wie einem Operationsverstärker weitergegeben. Bei Brennstoffzellenstapeln, die in einem ständigen Wechselbetrieb wie zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug stehen, kann es interessant sein, nur den Wechselanteil der Spannungen zu messen. Wechselanteile von Spannungen werden günstig durch aus Kondensatoren bestehenden Spannungsteilern reduziert, während Gleichanteile, die in manchen Fahrzeuganwendungen auch aussagekräftig sind, durch ohmsche Widerstände reduziert werden. Die Verhältnisse der Impedanzen innerhalb eines Spannungsteilers werden so gewählt, daß je nach Größe der Zellspannungsgruppen und den verarbeitbaren Spannungsniveaus aus der Eingangsspannung eine geeignete Ausgangsspannung gemacht wird. Der benachbarte Spannungsteiler, der in einer günstigen Ausführungsform direkt über den gleichen Spannungseinspeisungspunkt mit einem weiteren Spannungsteiler verbunden ist, weist in sich wieder ein günstiges Teilungsverhältnis auf. Die Absolutwerte der Impedanzen eines Spannungsteilers einer Zellspannungsgruppe zu den Absolutwerten der Impedanzen eines Spannungsteilers einer benachbarten Zellspannungsgruppe weisen deutliche Unterschiede auf. So ist es zum Beispiel in einer Ausführungsform günstig, den ersten Spannungsteiler mit Widerständen, die im Kiloohmbereich liegen, zusammenzustellen, während der zweite Spannungsteiler mit Widerständen aufgebaut wird, die zehnmal so groß sind. Der nächste, dritte Spannungsteiler kann dann mit Widerständen aufgebaut werden, die die gleichen Werte haben wie die Widerstände des ersten Spannungsteilers oder die wiederum zehnfach so große Werte haben, so daß sie im 100 kOhm-Bereich liegen.Electrically, a fuel cell stack can be viewed as a series of individual cells, the total voltage of which is the sum of the individual cell voltages. If several cell voltages are combined to form cell voltage groups, the cell voltage groups at the beginning of the stack have a lower potential than the cell voltage groups which are not at the beginning. In order to reduce the number of contacts, the contact which represents the higher potential for two contacts to a cell voltage group in each case can be used as the contact for the lower potential of the neighboring cell voltage group. The voltage between the two contacts of a cell voltage group is tapped and measured in the input stage. The voltage of a cell voltage group is reduced to a processable level, such as below 15 volts, 12 volts or 5 volts, by means of a voltage divider consisting of impedances, and passed on to a high-resistance precision measuring point, such as an operational amplifier. With fuel cell stacks that are in constant alternating operation, such as in a motor vehicle, it can be interesting to measure only the alternating component of the voltages. Alternating components of voltages are favorably reduced by voltage dividers consisting of capacitors, while direct components, which are also meaningful in some vehicle applications, are reduced by ohmic resistors. The ratios of the impedances within a voltage divider are selected such that a suitable output voltage is made from the input voltage depending on the size of the cell voltage groups and the processable voltage levels. The neighboring voltage divider, which in a favorable embodiment is connected directly to a further voltage divider via the same voltage feed point, has in itself again a favorable division ratio. The absolute values of the impedances of a voltage divider of a cell voltage group differ from the absolute values of the impedances of a voltage divider of an adjacent cell voltage group. For example, in one embodiment, it is favorable to assemble the first voltage divider with resistors that are in the kilo-ohm range, while the second voltage divider is constructed with resistors that are ten times larger. The next, third voltage divider can then be constructed with resistors which have the same values as the resistors of the first voltage divider or which in turn have values ten times larger so that they are in the 100 kOhm range.
Eine dritte Variante der Erfindung kombiniert die fixierten Impedanzverhältnisse zwischen den Spannungsteilern mit der Schaltervariante an ausgewählten Stellen. Durch eine Verringerung der Schalter ist die Störbeeinflussung geringer. Das bedeutet, dass in dem zuvor angegebenen Ausführungsbeispiel der Spannungsteiler mit den Widerständen, die im 100 kOhm-Bereich liegen, parallel über Schalter mit weiteren Impedanzen verschaltet ist, so dass zwischen einem Spannungsteiler der im Kiloohm-Bereich und im 100 kOhm-Bereich liegt, nach einem geeigneten Algorithmus hin- und hergeschaltet werden kann.A third variant of the invention combines the fixed impedance relationships between the voltage dividers with the switch variant at selected points. By reducing the switch is the interference lower. This means that in the above-mentioned embodiment the voltage divider with the resistors in the 100 kOhm range lie parallel over Switch is connected to other impedances, so that between a voltage divider in the kiloohm range and in the 100 kOhm range is switched back and forth according to a suitable algorithm can be.
Die Eingangsstufe eines Zellspannungsgruppenüberwachungsgeräts, das wenigstens drei Zellspannungsgruppen überwacht, wobei die Zellspannungsgruppen zu einem Betriebszeitpunkt wenigstens eine Spannung liefern, die über der Ausgangsspannung eines Ausgangs der Eingangsstufe liegt, hat einen Bezugspunkt für das niedrigere Potential einer ersten Zellspannungsgruppe, der den Bezugspunkt für das höhere Potential einer zweiten Zellspannungsgruppe darstellt, und die Spannung jeweils einer Zellspannungsgruppe wird durch einen wenigstens drei Impedanzen umfassenden Spannungsteiler aufgeteilt, wobei zwei Impedanzen Eingangsimpedanzen sind, die symmetrisch sind, und das Verhältnis der Impedanzen eines Spannungsteilers zu den Impedanzen eines anderen Spannungsteilers zueinander in einem festen Verhältnis stehen.The input stage of a cell voltage group monitor, the monitors at least three cell voltage groups, the cell voltage groups deliver at least one voltage at an operating time which is above the Output voltage of an output of the input stage is one Reference point for the lower potential of a first cell voltage group, the reference point for the higher Represents potential of a second cell voltage group, and the voltage a cell voltage group is replaced by at least three Voltage dividers comprising impedances divided, two impedances Are input impedances that are symmetrical and the ratio of Impedances of one voltage divider to the impedances of another Voltage divider are in a fixed relationship to each other.
Die Brennstoffzelle, die mehrere Zellspannungsgruppen umfasst, hat ein Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät, das wenigstens drei Zellspannungsgruppen der Brennstoffzelle überwacht, wobei eine Spannung von den Zellspannungsgruppen lieferbar ist, die höher ist als die Verarbeitungsspannung des Zellspannungsgruppenüberwachungsgeräts, wobei die Zellspannungsgruppen zueinander spannungsmäßig in Serie verschaltet sind, deren Spannungen über Impedanzen umfassende Spannungsteiler auf die Verarbeitungsspannungen reduziert werden, wobei die Spannungsteiler zueinander in einem festen Verhältnis stehen.The fuel cell, the several Cell voltage group includes a cell voltage group monitor that has at least three cell voltage groups of the fuel cell monitors one voltage is available from the cell voltage groups which is higher than the processing voltage of the cell voltage group monitor, where the cell voltage groups are connected to one another in series in terms of their voltage Tensions over Voltage dividers comprising impedances are reduced to the processing voltages the voltage dividers are in a fixed relationship to each other.
Das Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät führt eine Potentialverschiebung eines hochohmig reduzierten Spannungssignals durch.The cell voltage group monitor performs one Potential shift of a high-impedance reduced voltage signal by.
Das Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät hat Spannungsteiler, deren Impedanzen aus Widerständen aufgebaut sind, deren Werte zwischen 100 Ohm und 100 kOhm liegen, und das Verhältnis der Spannungsteiler zueinander liegt zwischen 1:2 und 1:10, und vorzugsweise 1:3.The cell voltage group monitor has voltage dividers, their impedances from resistors are built up, the values of which are between 100 ohms and 100 kohms, and the ratio of Voltage divider to each other is between 1: 2 and 1:10, and preferably 1: 3.
Der Brennstoffzellenstapel mit einem Zellspannungsüberwachungsgerät, wobei der Brennstoffzellenstapel mehrere Zellspannungsgruppen umfaßt, die jeweils aus mehreren Zellspannungen bestehen, und das Zellspannungsüberwachungsgerät eine Anzahl von Spannungseinspeisungspunkten aufweist, über die Spannungen der Zellspannungsgruppen des Brennstoffzellenstapels als Messspannungen abgegriffen werden, zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen zwei Spannungseinspeisungspunkten ein erster aus mehreren Impedanzen bestehender Spannungsteiler angeordnet ist, der ein Teilungsverhältnis aufweist, das im Wesentlichen identisch zu einem zweiten aus mehreren Impedanzen bestehender Spannungsteiler ist, wobei der erste und der zweite Spannungsteiler über einen Spannungseinspeisungspunkt spannungsmäßig miteinander verkoppelt sind.The fuel cell stack with one Cell voltage monitor, wherein the fuel cell stack comprises a plurality of cell voltage groups which each consist of several cell voltages, and the cell voltage monitoring device a number of voltage supply points, via the voltages of the cell voltage groups the fuel cell stack can be tapped as measuring voltages, is characterized in that between two voltage injection points a first voltage divider consisting of several impedances is arranged which is a division ratio has, which is essentially identical to a second of several Impedances existing voltage divider, the first and the second voltage divider over a voltage supply point is coupled to one another in terms of voltage are.
Im Wesentlich identisch bedeutet hierbei, daß die Widerstände, die eine ähnliche Funktion haben, zueinander nur wenige Prozent abweichen. Dies kann daher rühren, daß Widerstände aus einer Serie wie der E12 oder der E24 gewählt werden, die nie ganz identisch sind, oder aber auch, das bewusst zum Beispiel ein Widerstand 100 Ohm hat, während ein anderer Widerstand mit ähnlicher Funktion 150 Ohm aufweist. Die Absolutwerte der Widerstände werden so gewählt, dass unterschiedliche Anpressdrücke oder auch Alterungen der Abgriffe und der Kontakte keinen Einfluss auf das Messergebnis haben. So können Kontakte über leitfähige Gummis je nach Anpressdruck Widerstände zwischen 100 Ohm und 500 Ohm haben. Für diese Kontakte werden die Spannungsteilerwiderstände aus der Gruppe der Widerstände, die im 10 kOhm-Bereich und im 100 kOhm-Bereich liegen, gewählt.Essentially means identical here that the resistors, the one similar Function, only a few percent differ from each other. This can come from that resistances out a series like the E12 or the E24 that are never quite identical are, or else consciously, for example a resistor 100 Ohm has while a other resistance with similar Function has 150 ohms. The absolute values of the resistors will be chosen so that different contact pressures or aging of the taps and contacts have no influence to have the measurement result. So can Contacts about conductive Depending on the contact pressure, rubbers have resistances between 100 ohms and 500 Have ohm. For these contacts become the voltage dividing resistors from the group of resistors that are in the 10 kOhm range and in the 100 kOhm range.
Das weitere Verständnis für die Erfindung wird dadurch gefördert, daß Bezug auf die beiden Zeichnungen genommen wird, wobeiThis will further understand the invention encouraged that reference is taken on the two drawings, wherein
Die Eingangsstufe des Zellspannungsgruppenüberwachungsgeräts
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wird zum Beispiel parallel zum ersten und zum letzten Spannungsteiler ein weiterer Spannungsteiler aufgebaut, der über Halbleiterschalter zu- und abgeschaltet werden kann. An Stelle des Spannungsteilers reicht es in einer anderen Ausführungsform, wenn nur einer der Impedanzwerte durch Zu- und Abschalten verändert wird. Verfälscht sich ein Kontakt oder bricht der Kontakt ab, z. B. MP2, so liegt ein Spannungsteiler vor, der sich aus zwei Spannungsteilern, z. B. Z1 bis Z6, der normalen Art zusammensetzt, über eine Gruppe von Zellspannungen, die mehr Zellen umfasst, als die beiden Zellspannungsgruppen zwischen MP1, MP2, MP3. Die Messwerte an AN2 und AN1 laufen auseinander, obwohl die Zellspannungen innerhalb eines Brennstoffzellenstapels ähnlich bleiben müssten. Durch einen Vergleich der vorherigen Messergebnisse mit den neuen Messergebnissen kann das Zellspannungsgruppenüberwachungsgerät einen fehlerhaften Kontakt erkennen.In an embodiment not shown for example parallel to the first and last voltage divider another voltage divider is built up, which is and can be switched off. Instead of the voltage divider is enough it in another embodiment if only one of the impedance values is changed by switching on and off. falsified a contact or breaks the contact, e.g. B. MP2, lies a voltage divider before, which consists of two voltage dividers, for. B. Z1 to Z6, the normal type, over a group of cell voltages, which contains more cells than the two cell voltage groups between MP1, MP2, MP3. The measured values at AN2 and AN1 diverge, although the cell voltages remain similar within a fuel cell stack would. By comparing the previous measurement results with the new ones The cell voltage group monitoring device can provide measurement results detect faulty contact.
Auch wenn nur einzelne Ausführungsbeispiele angegeben worden sind, ist es selbstverständlich, dass von dem Erfindungsgedanken auch solche Ausführungsformen abgedeckt sind, bei denen andere Bauteile wie z. B. andere Operationsverstärker, Spulen an Stelle der Widerstände, mechanische Schalter an Stelle der Halbleiterschalter und zwei Kontaktleitungen an Stelle von einer für die Spannungseinspeisungspunkte gewählt werden. Im Bedarfsfall kann auch jeweils zu jeder Eingangsimpedanz ein zuschaltbares Impedanznetzwerk verwendet werden, das nach einem vorgegebenen Algorithmus an- oder abgeschaltet wird. An Stelle von Operationsverstärkern gibt es auch Multiplexer, die entsprechend hochohmige Eingänge bieten.Even if only individual embodiments have been specified, it goes without saying that of the inventive concept also such embodiments are covered, in which other components such. B. other operational amplifiers, coils instead of the resistors, mechanical switches instead of semiconductor switches and two contact lines instead of one for the voltage supply points are selected. If necessary can also have a switchable impedance network for each input impedance can be used, the on or according to a predetermined algorithm is switched off. Instead of operational amplifiers, there are also multiplexers, the corresponding high-impedance inputs Offer.
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